在有機合成中,如果想在相鄰的兩個碳原子上各接一個官能基(稱為1,2-雙官能化,1,2-difunctionalization),傳統上得從帶有碳碳雙鍵的烯烴,或本身已具備兩個官能基的分子出發,所以可用的起始物相當有限。至於合成中最常見的烷基C(sp³)–X化合物(X為溴、氯、氟等鹵素或其他離去基),化學家通常只能靠親核取代反應(如SN1與SN2)把單一碳上的X置換成別的基團,也就是說,這類最經典的反應一次只能修飾一個碳。如果要突破這種「單點取代」的限制,一個極具潛力的中間體是烯烴自由基陽離子(alkene radical cation),它同時擁有陽離子的親電性,以及能橫跨相鄰兩個碳的自由基反應性,理論上可讓兩個碳都被官能化。然而,要生成這種中間體,往往得倚賴氧化性的單電子轉移(SET),這需要極高的氧化電位(相對於飽和甘汞電極高達+2.0伏特,相當於+46.12 kcal/mol),進而嚴重限制了新反應的開發。
近日,美國紐約州立大學水牛城分校的研究團隊,成功開發出一套以光催化驅動製造出烯烴自由基陽離子的方法。他們先讓一個氧自由基對烷基C–X化合物進行氫原子轉移(hydrogen-atom transfer,HAT),再藉由自旋中心位移(spin-center shift,SCS)使鄰位的C–X鍵斷裂,兩步協同進行,直接生成烯烴自由基陽離子。計算顯示,這條路徑會釋放自由能(−25.5 kcal/mol),而生成的陽離子相當穩定,與耗能的氧化路徑相反。研究團隊利用該方法,以兩個親核試劑修飾相鄰兩個碳,合成出多種1,2-雙官能化產物,例如具高能量密度、在藥物開發備受矚目的雙唑(bisazole)骨架。